DE102020205546A1 - Monitoring procedure and medical system - Google Patents
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Abstract
Für eine verbesserte Patientensicherheit ist ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer durch ein robotisches System durchgeführten roboter-gestützten Bewegung eines medizinischen Objekts durch ein Hohlorgan eines Patienten mit den folgenden Schritten vorgesehen: Nachverfolgung der Bewegung des medizinischen Objekts mittels eines medizinisches Bildgebungsgerät derart, dass das medizinische Objekt und/oder das Hohlorgan zumindest teilweise in dem von dem Bildgebungsgerät abbildbaren Aufnahmebereich angeordnet sind, wobei die Nachverfolgung durch eine Relativbewegung zwischen dem Aufnahmesystem des Bildgebungsgeräts und dem Patienten bewirkt wird, Aufnahme zumindest eines Bildes des Aufnahmebereichs während der Nachverfolgung, wobei in regelmäßigen Abständen jeweils ein weiteres Bild aufgenommen wird, Auswertung des jeweils aktuellen Bildes und/oder von Sensordaten eines dem robotischen System oder dem Objekt zugeordneten Sensors dahingehend, ob eine in Bezug auf das robotische System entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation vorliegt, und Ausgabe einer Information, wenn die Auswertung ein Vorliegen einer entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevanten Situation ergibt.For improved patient safety, a method for the automatic monitoring of a robot-assisted movement of a medical object carried out by a robotic system through a hollow organ of a patient is provided with the following steps: Tracking the movement of the medical object by means of a medical imaging device in such a way that the medical object and / or the hollow organ is at least partially arranged in the recording area that can be mapped by the imaging device, the tracking being effected by a relative movement between the recording system of the imaging device and the patient, recording of at least one image of the recording area during the tracking, with one at regular intervals in each case Another image is recorded, evaluation of the respective current image and / or of sensor data of a sensor assigned to the robotic system or the object to determine whether a related to the robotic Sy system decision and / or security-relevant situation is present, and output of information when the evaluation shows the existence of a decision and / or security-relevant situation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer roboter-gestützten Bewegung eines medizinischen Objekts gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 7.The invention relates to a method for automatically monitoring a robot-assisted movement of a medical object according to
Interventionelle medizinische Prozeduren in Hohlorganen, z.B. dem Gefäßsystem des menschlichen Körpers erfordern es, medizinische Objekte, z.B. Devices oder Instrumente, über einen perkutanen Gefäßzugang in das Gefäßsystem einzuführen und zu der zu behandelnden Zielregion zu führen. Konventionell führt der Behandler die Objekte, beispielsweise Führungskatheter, Mikrokatheter oder Führungsdrähte, unter Röntgendurchleuchtung über eine Schleuse in das Gefäßsystem ein und navigiert dann mit Hilfe von Kontrastmittelinjektionen zur Sichtbarmachung der Gefäße das Objekt in die Zielregion. Dabei steht der Behandler in vielen Fällen, unterstützt durch seinen Assistenten, direkt am Patiententisch, um die Prozedur durchzuführen.Interventional medical procedures in hollow organs, e.g. the vascular system of the human body, require medical objects, e.g. devices or instruments, to be introduced into the vascular system via a percutaneous vascular access and to be guided to the target region to be treated. Conventionally, the practitioner introduces the objects, for example guide catheters, microcatheters or guide wires, under X-ray fluoroscopy through a lock into the vascular system and then navigates the object into the target region with the help of contrast medium injections to make the vessels visible. In many cases, the practitioner stands directly at the patient's table, supported by his or her assistant, to carry out the procedure.
Eine Weiterentwicklung dieser medizinischen Vorgehensweise schaltet zwischen die Hände des Behandlers und den Patienten ein robotisches System mit dem Vorteil, dass der Behandler nicht mehr direkt am Lagerungstisch für den Patienten stehen muss, sondern das Manövrieren der Objekte (Rotations-, Vorwärts- und Rückwärtsbewegung) ferngesteuert durchführen kann. Grundsätzlich sind derartige robotische Systeme bekannt, mittels denen robotergestützt ein (halb-) automatischer Vorschub eines Objekts, z.B. Katheters und/oder Führungsdrahtes, in einem Hohlraumorgan eines Patienten bewirkt werden kann, z.B. aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine weitere Automatisierung einer derartigen Prozedur ermöglicht; des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes medizinisches System bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide a method which enables a further automation of such a procedure; Furthermore, it is an object of the invention to provide a medical system suitable for carrying out the method.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer durch ein robotisches System roboter-gestützten Bewegung eines medizinischen Objekts gemäß dem Patentanspruch 1 und von einer Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.The object is achieved according to the invention by a method for automatically monitoring a robot-supported movement of a medical object by a robotic system according to
Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Überwachung einer durch ein robotisches System durchgeführten robotergestützten Bewegung eines medizinischen Objekts, insbesondere Instruments, durch ein Hohlorgan eines Patienten, umfasst die folgenden Schritte: Nachverfolgung der Bewegung des medizinischen Objekts mittels eines medizinischen Bildgebungsgeräts derart, dass das medizinische Objekt und/oder das Hohlorgan zumindest teilweise in dem von dem Bildgebungsgerät abbildbaren Aufnahmebereich angeordnet sind, wobei die Nachverfolgung durch eine Relativbewegung zwischen dem Aufnahmesystem des Bildgebungsgeräts und dem Patienten bewirkt wird, Aufnahme zumindest eines Bildes des Aufnahmebereichs während der Nachverfolgung, wobei in regelmäßigen Abständen jeweils ein weiteres Bild aufgenommen wird, Auswertung des jeweils aktuellen Bildes und/oder von Sensordaten eines dem robotischen System oder dem Objekt zugeordneten Sensors dahingehend, ob eine in Bezug auf das robotische System entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation vorliegt, und Ausgabe einer Information, wenn die Auswertung ein Vorliegen einer entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevanten Situation ergibt.The method according to the invention for the automatic monitoring of a robot-assisted movement of a medical object, in particular an instrument, carried out by a robotic system through a hollow organ of a patient comprises the following steps: Tracking the movement of the medical object by means of a medical imaging device in such a way that the medical object and / or the hollow organ is at least partially arranged in the recording area that can be mapped by the imaging device, the tracking being effected by a relative movement between the recording system of the imaging device and the patient, recording of at least one image of the recording area during the tracking, with a further image at regular intervals is recorded, evaluation of the current image and / or of sensor data of a sensor assigned to the robotic system or the object to determine whether an ent in relation to the robotic system situation relevant to a decision and / or security is present, and output of information if the evaluation reveals the existence of a situation relevant to decision and / or security.
Grundsätzlich sind robotische Systeme bekannt, mittels denen robotergestützt ein (halb-)automatischer Vorschub eines Objekts, z.B. Katheters und/oder Führungsdrahtes, in einem Hohlraumorgan eines Patienten bewirkt werden kann, z.B. aus der
Während der Nachverfolgung wird regelmäßig ein weiteres aktuelles Bild aufgenommen und ausgewertet, z.B. mittels Bilderkennungs- und/oder Bildverarbeitungsalgorithmen und/oder mittels vortrainierter maschinenlernender Algorithmen. Die Auswertung wird dahingehend durchgeführt, ob eine entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation vorliegt und falls dies der Fall ist, wird eine Information ausgegeben. Die Informationsausgabe kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen, z.B. durch Anzeige eines Bildes, Anzeige von optischen Signalen oder Ausgabe von akustischen oder haptischen Warnhinweisen. Eine Bedienperson kann dadurch darauf aufmerksam gemacht werden, dass eine Handlung oder ein Eingriff erforderlich ist. Neben einer Auswertung der Bilder des Bildgebungsgeräts können auch zusätzliche Informationen von Sensoren und anderen Vorrichtungen verwendet werden, um auf entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situationen hinzuweisen, z.B. Navigationsgeräte, Kameras oder an dem Objekt angeordnete Sensoren.During the tracking, another current image is regularly recorded and evaluated, e.g. by means of image recognition and / or image processing algorithms and / or by means of pre-trained machine learning algorithms. The evaluation is carried out to determine whether a decision-making and / or safety-relevant situation is present, and if this is the case, information is output. Information can be output in various ways, e.g. by displaying an image, displaying optical signals or outputting acoustic or haptic warnings. An operator can thereby be made aware that an action or intervention is required. In addition to evaluating the images from the imaging device, additional information from sensors and other devices can also be used to point out decision-making and / or safety-relevant situations, e.g. navigation devices, cameras or sensors arranged on the object.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird neben einer Informationsanzeige (z.B. auf einem Bildschirm) automatisch ein Steuersignal zur Unterbrechung der robotergestützten Bewegung und/oder der Bildaufnahme ausgegeben, wenn die Auswertung ein Vorliegen einer entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevanten Situation ergibt. Eine derartige Unterbrechung ist eine Sicherheitsmaßnahme, um zu verhindern, dass durch einen weiteren Vorschub des Objekts eine Pfadabweichung oder gar eine Verletzung oder Beschädigung des Hohlorgans erfolgt. Dadurch wird der Patient geschützt und eine optimale Durchführung einer Untersuchung gewährleistet.According to one embodiment of the invention, in addition to an information display (e.g. on a screen), a control signal to interrupt the robot-assisted movement and / or the image recording is automatically output if the evaluation reveals that a decision-making and / or security-relevant situation is present. Such an interruption is a safety measure to prevent a path deviation or even an injury or damage to the hollow organ from occurring due to a further advance of the object. This protects the patient and ensures that an examination can be carried out optimally.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das aktuelle Bild, dessen Auswertung ein Vorliegen einer entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevanten Situation ergibt und/oder das aktuelle Bild, welches zum selben Zeitpunkt der Sensordaten, welche ein Vorliegen einer entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevanten Situation ergeben, aufgenommen wurde, angezeigt, insbesondere bis zur Entgegennahme einer Benutzereingabe oder bis zum Empfang eines Steuerbefehls zur Wiederaufnahme der robotergestützten Bewegung und/oder der Bildaufnahme. Hierbei handelt es sich um einen sogenannten last image hold (
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Nachverfolgung zumindest teilweise auf der Basis von Steuersignalen des robotischen Systems. Die Steuersignale können an das Bildgebungsgerät übermittelt werden, um dessen Systemsteuerung die Möglichkeit zu geben, die entsprechende Folgebewegung des Aufnahmesystems oder des Patiententischs zu verbessern und noch genauer zu gestalten.According to a further embodiment of the invention, the tracking takes place at least partially on the basis of control signals from the robotic system. The control signals can be transmitted to the imaging device in order to give its system control the possibility of improving the corresponding subsequent movement of the recording system or the patient table and making it even more precise.
In vorteilhafter Weise liegt eine entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation vor, wenn bei der Auswertung (des jeweiligen Bildes oder Sensorsignals) eine Abzweigung, eine Bifurkation, eine Auffälligkeit oder eine sonstige Anomalie des Hohlorgans detektiert wird oder wenn eine Abweichung von einer vorliegenden Pfadplanung des Objekts einen z.B. vorgegebenen oder voreingestellten Schwellwert übersteigt.Advantageously, a decision-making and / or security-relevant situation is present when a junction, a bifurcation, a peculiarity or other anomaly of the hollow organ is detected during the evaluation (of the respective image or sensor signal) or if a deviation from an existing path planning of the Object exceeds a predetermined or preset threshold value, for example.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt eine Pfadplanung für eine automatische oder halb-automatische Bewegung des medizinischen Objekts vor. Diese kann z.B. auch genutzt werden, um die Nachverfolgung des Bildgebungsgeräts zu vereinfachen und um zu entscheiden, ob eine entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation vorliegt.According to a further embodiment of the invention, there is a path planning for an automatic or semi-automatic movement of the medical object. This can also be used, for example, to simplify the tracking of the imaging device and to decide whether a decision-making and / or security-relevant situation exists.
Die Erfindung umfasst außerdem ein medizinisches System zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens, aufweisend ein robotisches System mit zumindest einer Robotersteuerungseinheit und einem robotergestützten Antriebssystem mit einem Antrieb und einem Antriebsmechanismus, wobei das Antriebssystem dazu ausgebildet ist, auf der Basis von Steuersignalen der Robotersteuerungseinheit ein medizinisches Objekt in einem Hohlraumorgan eines Patienten zu bewegen, sowie aufweisend ein Bildgebungsgerät mit einer Systemsteuerungseinheit und einem bewegbaren Aufnahmesystem zur Aufnahme von Bildern eines abbildbaren Aufnahmebereichs, wobei die Systemsteuerung dazu ausgebildet ist, das Aufnahmesystem zur Nachverfolgung der Bewegung des medizinischen Objekts anzusteuern, außerdem aufweisend eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Bildern des Aufnahmesystems dahingehend, ob eine in Bezug auf das robotische System entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation vorliegt, und aufweisend eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe einer Information. In vorteilhafter Weise wird die Ausgabeeinheit von einer Anzeigeeinheit gebildet. Außerdem kann das medizinische System eine Eingabeeinheit zur Ansteuerung des robotischen Systems durch eine Bedienperson umfassen.The invention also includes a medical system for performing a method described above, having a robotic system with at least one robot control unit and a robot-supported drive system with a drive and a drive mechanism, the drive system being designed to use control signals from the robot control unit to produce a medical object to move in a cavity organ of a patient, as well as having an imaging device with a system control unit and a movable recording system for recording images of an imageable recording area, the system controller being designed to control the recording system for tracking the movement of the medical object, also having an evaluation unit for Evaluation of images of the recording system to determine whether there is a decision-making and / or safety-relevant situation with regard to the robotic system, and having a e Output unit for outputting information. The output unit is advantageously a display unit educated. In addition, the medical system can include an input unit for controlling the robotic system by an operator.
In vorteilhafter Weise für eine verbesserte Nachverfolgung des Objekts durch das Bildgebungsgerät sind die Robotersteuerungseinheit und die Systemsteuerungseinheit zum Austausch von Daten ausgebildet.In an advantageous manner for improved tracking of the object by the imaging device, the robot control unit and the system control unit are designed to exchange data.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das medizinische System einen Patiententisch mit einer Tischplatte auf, wobei der Patiententisch und/oder die Tischplatte ansteuerbar ist, eine Relativbewegung zu dem Aufnahmesystem auszuführen. Auf diese Weise kann die Nachverfolgung auch oder ausschließlich durch eine Bewegung des Patiententischs/ der Tischplatte (also des Patienten) relativ zu dem Aufnahmesystem durchgeführt werden. Es kann sich hierbei z.B. um Translationsbewegungen oder Kippbewegungen handeln.According to one embodiment of the invention, the medical system has a patient table with a table top, the patient table and / or the table top being controllable to perform a movement relative to the recording system. In this way, the tracking can also or exclusively be carried out by moving the patient table / table top (that is, the patient) relative to the recording system. This can be, for example, translational movements or tilting movements.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das medizinische System ein Positionsbestimmungssystem mit zumindest einem Sensor auf, welcher Sensor an dem robotischen System oder dem Objekt angeordnet oder diesem zugeordnet ist, wobei das Positionsbestimmungssystem dazu ausgebildet ist, eine Position des Objekts zu bestimmen. Das Positionsbestimmungssystem sendet die Positionsinformationen an das Bildgebungsgerät, um die Nachverfolgung zu erleichtern und entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situationen verbessert auswerten zu können.According to a further embodiment of the invention, the medical system has a position determination system with at least one sensor, which sensor is arranged on or assigned to the robotic system or the object, the position determination system being designed to determine a position of the object. The position determination system sends the position information to the imaging device in order to facilitate tracking and to be able to better evaluate situations relevant to decisions and / or safety.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 eine Ansicht eines medizinischen Systems gemäß der Erfindung; -
3 eine weitere Abfolge von Schritten eines Verfahrens nach1 ; und -
4 eine Ansicht eines Positionsbestimmungssystems mit an dem Objekt angeordnetem Sensor.
-
1 a sequence of steps of the method according to the invention; -
2 a view of a medical system according to the invention; -
3 a further sequence of steps of a procedure according to1 ; and -
4th a view of a position determination system with the sensor arranged on the object.
In der
Das medizinische System
Um einen Überblick über den Eingriff und die Bewegung zu haben, ist das Bildgebungsgerät, z.B. ein Röntgengerät
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Nachverfolgung
Während der Nachverfolgung
Ergibt die Auswertung eine nicht-kritische Situation
Ergibt die Auswertung nach der Aufnahme
Außerdem können zusammen mit der Unterbrechung weitere Signale, wie z.B. optische, akustische oder haptische Warnsignale, ausgegeben werden. Es können auch Aufforderungen oder Vorschläge für bestimmte Handlungen an die Bedienperson ausgegeben und angezeigt werden, z.B. ein Vorschlag für eine Kontrastmittelgabe (z.B. falls die entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation darin bestand, dass eine Erkennbarkeit des Hohlorgans auf dem Bild nicht mehr gegeben ist), ein Vorschlag für eine Pfadkorrektur (z.B. wenn ein Schwellwert für eine Pfadabweichung von einem geplanten Pfad überschritten ist), ein Vorschlag für eine Abzweigung (z.B. bei einer Bifurkation) oder ein Vorschlag für eine Verlangsamung der Bewegung.In addition, further signals, such as optical, acoustic or haptic warning signals, can be output together with the interruption. Requests or suggestions for certain actions can also be issued and displayed to the operator, e.g. a suggestion for the administration of contrast medium (e.g. if the decision-making and / or safety-relevant situation was that the hollow organ was no longer recognizable in the image) , a proposal for a path correction (e.g. if a threshold value for a path deviation from a planned path is exceeded), a proposal for a A diversion (e.g. in the case of a bifurcation) or a suggestion for slowing down the movement.
Optische, akustische oder haptische Signale können auch während der Nachverfolgung
Alternativ zu einem Röntgengerät mit C-Bogen können auch andere Bildgebungsgeräte, z.B. ein Computertomograph oder ein Magnetresonanztomograph verwendet werden.As an alternative to an X-ray device with a C-arm, other imaging devices, e.g. a computer tomograph or a magnetic resonance tomograph, can also be used.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine verbesserte Patientensicherheit ist ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer durch ein robotisches System durchgeführten roboter-gestützten Bewegung eines medizinischen Objekts durch ein Hohlorgan eines Patienten mit den folgenden Schritten vorgesehen: Nachverfolgung der Bewegung des medizinischen Objekts mittels eines medizinisches Bildgebungsgerät derart, dass das medizinische Objekt und/oder das Hohlorgan zumindest teilweise in dem von dem Bildgebungsgerät abbildbaren Aufnahmebereich angeordnet sind, wobei die Nachverfolgung durch eine Relativbewegung zwischen dem Aufnahmesystem des Bildgebungsgeräts und dem Patienten bewirkt wird, Aufnahme zumindest eines Bildes des Aufnahmebereichs während der Nachverfolgung, wobei in regelmäßigen Abständen jeweils ein weiteres Bild aufgenommen wird, Auswertung des jeweils aktuellen Bildes und/oder von Sensordaten eines dem robotischen System oder dem Objekt zugeordneten Sensors dahingehend, ob eine in Bezug auf das robotische System entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevante Situation vorliegt, und Ausgabe einer Information, wenn die Auswertung ein Vorliegen einer entscheidungs- und/oder sicherheitsrelevanten Situation ergibt.The invention can be briefly summarized as follows: For improved patient safety, a method for automatically monitoring a robot-supported movement of a medical object through a hollow organ of a patient carried out by a robotic system is provided with the following steps: Tracking the movement of the medical object by means of a medical imaging device in such a way that the medical object and / or the hollow organ are at least partially arranged in the recording area that can be mapped by the imaging device, the tracking being effected by a relative movement between the recording system of the imaging device and the patient, recording of at least one image of the recording area during the tracking, with a further image being recorded at regular intervals, evaluation of the current image and / or of sensor data associated with the robotic system or the object Neten sensors to determine whether there is a decision-making and / or safety-relevant situation with regard to the robotic system, and output of information if the evaluation reveals the existence of a decision-making and / or safety-relevant situation.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 3406291 B1 [0003, 0007, 0020]EP 3406291 B1 [0003, 0007, 0020]
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